Die Verschmutzung durch Kunststoffabfälle und ihre Auswirkungen auf die Umwelt und die menschliche Gesundheit sind zu erheblichen Anliegen geworden. Als Reaktion darauf besteht zunehmendes Interesse an der Entwicklung erneuerbarer und umweltfreundlicher Materialien. Stärke, die reichlich vorhanden und erneuerbar ist, bietet sich als attraktive Option für die Produktion von Biokunststoffen an. Ihre inhärente Sprödigkeit, Hydrophilie und thermischen Einschränkungen haben jedoch ihre weitreichende Anwendung behindert.
Um diese Herausforderungen anzugehen, hat eine Forschergruppe des State Key Laboratory of Pulp and Paper Engineering an der South China University of Technology eine neuartige Strategie zur Schaffung eines vollständig biobasierten Stärkeplastiks mit verbesserten Eigenschaften vorgestellt. Die Forscher konzentrierten sich auf die Verbesserung von Flexibilität, Wasserdichtigkeit, thermischer Verarbeitbarkeit und Selbstanpassungsfähigkeit.
Der Schlüssel zur Verbesserung der Eigenschaften von Stärkeplastik liegt in der Schwächung der Wasserstoffbrückenbindung zwischen ihren Molekülketten. Dies gelang den Forschern, indem sie ein kovalent anpassungsfähiges Netzwerk durch eine Schiff’sche Basenreaktion zwischen Dialdehydstärke und einem pflanzenölbasierten Diamin konstruierten. Diese Reaktion bildete dynamische Iminbindungen, die unter Hitzeeinwirkung reversibel gespalten und neu gebildet werden konnten und zu einer bemerkenswerten thermischen Verarbeitbarkeit führten.
Darüber hinaus verbesserte die Einbeziehung langer aliphatischer Ketten in das Diamin die Flexibilität und Hydrophobie des Stärkeplastiks, indem sie die stereosche Hindernisse der Stärkekettenmoleküle erhöhte. Das resultierende Stärkeplastik zeigte eine überlegene Flexibilität, Wasserdichtigkeit und Selbstheilungsfähigkeit. Besonders bemerkenswert war die Effizienz der Selbstheilung, die mit mehr als 88% in Bezug auf die mechanischen Eigenschaften erreicht wurde und eine einfache Hitze-Pressbehandlung zur Reparatur von Kratzern und großflächigen Schäden ermöglichte.
Diese innovative Konstruktionsstrategie bietet vielversprechende Anwendungen für nachhaltige und abbaubare Biokunststoffe. Durch die Nutzung vollständig biobasierter Materialien haben die Forscher bedeutende Fortschritte bei der Entwicklung erneuerbarer, kostengünstiger und umweltfreundlicher Alternativen zu herkömmlichen Kunststoffen erzielt.
Quelle: Xiaoqian Zhang et al, „Flexible, thermisch verarbeitbare, selbstheilende und vollständig biobasierte Stärkeplastiken durch Bildung eines dynamischen Iminnetzwerks,“ Green Energy & Environment (2023).
Zitation: Ein thermisch verarbeitbares, selbstheilendes und vollständig biobasiertes Stärkeplastik (2023, 18. September) abgerufen am 18. September 2023 von https://phys.org/news/2023-09-thermal-self-healing-fully-bio-based-starch.html
